JPH08171921A

JPH08171921A - 燃料電池及び燃料電池の運転方法

Info

Publication number: JPH08171921A
Application number: JP6315010A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Nishizawa; 信好西沢; Shingo Washimi; 晋吾鷲見; Koji Shindo; 浩二進藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【構成】燃料電池本体２は、水素貯蔵装置６から水素
の供給を受けて発電する。設定温度算出部４１は、運転
期間中、基準となる燃料電池本体２の電流−電圧特性に
基づいて、電流値と対応づけられる電圧値を算出し、燃
料電池本体２の発電電圧がその電圧値を保つことができ
るよう設定温度を算出する。ファン電圧制御部４２は、
燃料電池本体２の温度が、設定温度算出部４１で算出し
た設定温度と一致するように、空気供給ファン９の出力
を制御する。【効果】運転期間中、燃料電池本体２が出力する電流
を一定にすれば、電力５１もほぼ一定に維持される。ま
た、空気供給ファン９に供給される電力５３もほぼ一定
となるので、外部に出力する電力５５もほぼ一定に保た
れる。従って、ＢＯＵとＥＯＵとで設計を区別する必要
がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池及び燃料電池
の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料電池を搭載した小型のポータ
ブル電源として、リン酸型の発電セルが積層されてなる
電池本体と、空気供給ファンと、水素吸蔵合金タンク等
の水素供給源を備えたポータブル燃料電池が開発されて
いる。ポータブル燃料電池は数百ワット程度の発電が可
能であり、従来から利用されているエンジンによって発
電機を駆動させて発電するポータブル電源と比べて、大
気汚染物質の排出が少ない点、騒音の発生が少ない点で
優れている。

【０００３】ポータブル燃料電池は、通常、ケースの中
に電池本体が配置されており、電池本体に、ファンによ
って空気が流される一方、水素吸蔵合金タンク等の水素
供給源から水素が供給されることによって発電が行われ
るようになっている。そして、電池本体で発生した電力
の一部はファンの駆動等に用い、残りの電力はコンバー
タで電圧変換して外部に出力されるようになっている。

【０００４】また、ファンから送られる空気は、電池本
体の発電に伴って発生する熱による温度上昇を抑える働
きも兼ねており、ファンの風量を調節することによって
電池本体の温度を一定の設定温度に保ちながら運転され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池を
運転するとき、電池本体が出力する電流と電圧は、設定
温度に応じた電流−電圧特性に従うようになっている
が、運転初期と運転終了時では、図５にＢＯＵとＥＯＵ
とで示すように、設定温度が同一であっても出力電圧が
異なっている。このため、従来の運転方法では長時間運
転する間に電圧が低下し、それに伴って出力電力が低下
するという問題があった。

【０００６】この電流−電圧特性の変化は、燃料電池の
長時間の運転に伴って、発電セルの電極の濡れが進行し
たり、電極の触媒が劣化したりすることが原因と考えら
れる。そこで従来は、この出力電力の低下分を補うた
め、電流を増加させるという制御を行うことによって、
電池本体の出力電力を所定の値に維持していたが、この
ように電流を増加させていくと、電池本体に供給する水
素の供給量が増加し、それに伴って発電単価が上昇する
という問題があった。

【０００７】また、出力電圧の低下は、電池本体が発生
する熱量の増加に連結するので電池本体の温度を一定に
保つべくファンの風量も増加させなければならず、ま
た、電池電圧の低下に伴ってコンバータの変換効率が低
下するので、より一層発電効率が低下することとなる。
本発明は、このような課題に鑑み、運転期間中、電流を
増加させるよう制御をしなくても、電池本体の出力電力
をほぼ一定に維持することが可能で、更に外部への出力
電力をほぼ一定に維持することが可能な燃料電池及び燃
料電池の運転方法、即ち、ＢＯＵとＥＯＵとで設計を区
別する必要のない燃料電池及び燃料電池の運転方法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の燃料電池は、水素供給源から水素の
供給を受けて発電を行う電池本体と、電池本体を冷却す
る冷却手段と、電池本体の運転期間中の発電電圧を検出
する発電電圧検出手段と、検出された発電電圧が、電池
本体の基準の電流−電圧特性に基づいて電流値と対応づ
けられる電圧値を保つことができるよう、電池本体の設
定温度を算出する設定温度算出手段と、電池本体の温度
が前記設定温度算出手段で算出された設定温度と一致す
るよう冷却手段の出力を制御する冷却出力制御手段とを
備えることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の燃料電池は、請求項
１記載の燃料電池に対して、冷却手段は、電力の供給を
受けて電池本体を冷却するものであって、燃料電池は、
電池本体が出力する電力の一部を冷却手段に分配すると
共に外部に電力を出力する電力供給回路を備え、冷却出
力制御手段は、電力供給回路が冷却手段に分配する電力
を制御することによって冷却手段の出力を制御するもの
であることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載の燃料電池の運転方法
は、水素供給源から水素の供給を受けて発電を行う電池
本体と、電池本体を冷却する冷却手段とを備える燃料電
池の運転方法であって、電池本体の運転期間中の発電電
圧を検出する発電電圧検出ステップと、検出された発電
電圧を、電池本体の基準の電流−電圧特性に基づいて電
流値と対応づけられる電圧値に保つことができるよう、
電池本体の設定温度を算出する設定温度算出ステップ
と、電池本体の温度が前記設定温度算出ステップで算出
された設定温度と一致するよう冷却手段の出力を制御す
る冷却出力制御ステップとを備えることを特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】電池本体の発電電圧は、電池本体の温度の上昇
に伴って上昇するので、電池本体の温度を制御すること
により発電電圧を制御することができる。従って、運転
期間中において、電池本体の温度を上昇させるよう制御
することによって、電池本体の電流と電圧の関係を基準
の電流−電圧特性に従うよう維持させることが可能であ
る。

【００１２】ここで、電池本体の基準の電流−電圧特性
とは、あらかじめ基準として定めた電池本体の電流−電
圧特性のことであって、例えば所定の温度における運転
初期の電池本体の電流−電圧特性を基準の電流−電圧特
性として用いることができる。また、電池本体が消費す
る水素量は電池本体の電流値に比例するので、運転期間
中、基準の電流−電圧特性に従うと、電池本体で消費さ
れる水素量も電池本体の出力する電力に応じて一定に維
持される。

【００１３】本発明の請求項１記載の燃料電池によれ
ば、電池本体は、水素供給源から水素の供給を受けて発
電を行いながら発熱する。設定温度算出手段は、発電電
圧検出手段で検出された電池本体の運転期間中の発電電
圧が、電池本体の基準の電流−電圧特性に基づいて電流
値と対応づけられる電圧値を保つことができるよう設定
温度を算出し、冷却出力制御手段は、電池本体の温度が
設定温度算出手段で算出した設定温度と一致するよう冷
却手段の出力を制御し、冷却手段は冷却出力制御手段の
制御のもとに電池本体を冷却する。

【００１４】このような制御をされることによって、電
池本体の発電電圧は、運転期間中を通じて、電池本体の
基準の電流−電圧特性に基づいて電流値と対応づけられ
る電圧に維持される。また、水素の供給量も、運転期間
中を通じて、電池本体が出力する電力に応じてほぼ一定
に維持することができる。また、請求項２記載の燃料電
池によれば、電池本体から発生する電力の中、電力供給
回路で分配されて冷却手段に供給され、冷却手段の出力
によって電池本体が冷却される。そして、電力供給回路
が冷却手段に分配する電力は、冷却出力制御手段によっ
て制御され、分配される電力に応じた強さで電池本体が
冷却される。

【００１５】ここで、電池本体の発熱量は、発電電圧と
電流が一定であるならばほぼ一定に保たれる。従って、
電池本体の電流を一定に保つよう運転すれば、電池本体
の発熱量もほぼ一定に保たれ、電力供給回路から冷却手
段に分配される電力も運転期間中ほぼ一定となり、電力
供給回路から外部に出力される電力も、運転期間中ほぼ
一定に保たれる。

【００１６】また、請求項３記載の燃料電池の運転方法
によれば、設定温度算出ステップでは、発電電圧検出ス
テップで検出された電池本体の運転期間中の発電電圧
が、電池本体の基準の電流−電圧特性に基づいて電流値
と対応づけられる電圧値を保つことができるよう設定温
度を算出し、冷却出力制御ステップでは、電池本体の温
度が設定温度算出ステップで算出した設定温度と一致す
るよう冷却手段による電池本体に対する冷却出力を制御
する。

【００１７】このような制御されることによって、電池
本体の発電電圧は、運転期間中を通じて、電池本体の基
準の電流−電圧特性に基づいて電流値と対応づけられる
電圧に維持される。また、水素の供給量も、運転期間中
を通じて、電池本体が出力する電力に応じてほぼ一定に
維持することができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら具体的に説明する。（実施例）〔ポータブル燃料電池の全体構成の説明〕図１は、本発
明の一実施例に係るポータブル燃料電池の斜視図であ
り、図２は、図１に示すポータブル燃料電池のＸ−Ｘ線
断面図である。説明上、図２において、紙面の左方向を
前方向、右方向を後方向、紙面の表裏方向を左右方向と
称する。

【００１９】このポータブル燃料電池は、ポータブルサ
イズのケース１の中に、水素と空気の供給を受けて発電
を行うリン酸型の燃料電池本体２と、燃料電池本体２に
水素を供給する水素貯蔵装置６と、燃料電池本体２に空
気を供給する空気供給ファン９と、起動時に空気供給フ
ァン９によって供給される空気を加熱する起動用ヒータ
１２と、燃料電池本体２から排出される未反応の水素を
処理する触媒燃焼器１３と、触媒燃焼器１３に空気を供
給する空気供給ファン１５と、燃料電池本体２から出力
される電力を電圧変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１６
と、空気供給ファン９，１５等を制御する制御装置１７
と、燃料電池本体２からの電力を外部に出力すると共に
内部に分配する電力供給回路１８（図１，２では省略）
等が収納されて構成されている。

【００２０】ケース１は、アルミニウムやジュラルミン
等の軽金属製で、直方体状のケース下部１ａと角錘体状
のケース上部１ｂとから形成されており、ケース上部１
ｂの傾斜面には、外部から空気を取り込む吸気孔２１と
外部に排出ガスを排出する排気孔２２と、外部に電力を
取り出す数個のコネクタ２３が設けられている。また、
ケース上部１ｂの上面部分には、水素吸蔵合金タンク７
内の水素残圧を表示するランプや、水素吸蔵合金タンク
７内の水素圧力を調整する圧力スイッチや、弁の開閉を
行う弁開閉スイッチ等（いずれも図示せず）を備えた操
作パネル２４が設けられている。

【００２１】また、ケース上部１ｂは、ケース１と同様
の材料で形成された蓋体３０で覆蓋することができ、蓋
体３０とケース１とは、止め具３１によって密閉固定で
きるようになっている。ここで、ケース１と蓋体３０と
が接する部分には、ケース１の密閉性を高めるため、パ
ッキン３２が取付けられている。また、蓋体３０の上部
には、ポータブル燃料電池を持ち運ぶための把手３３が
取付けられている。

【００２２】燃料電池本体２は、リン酸型の発電セルが
積層されてなる直方体状の電池スタック３と、電池スタ
ック３の上面を覆い電池スタック３に水素を分配する上
マニホールド４と、電池スタック３の下面を覆い電池ス
タック３からの未反応水素を含む排ガスを回収する下マ
ニホールド５とから構成されており、ケース１の中央下
部に配置されている。

【００２３】電池スタック３は、長方形状のリン酸型の
発電セルが左右方向に所定枚数（本実施例では３０枚）
積層されて構成されている。この発電セルは、図示はし
ないが、電解質マトリックスの両面にアノードとカソー
ドが配されたものが、水素の通路と空気の通路となる溝
が形成されたバイポーラプレートに挟持されて構成され
ており、電池スタック３内には、前後方向に走る多数の
空気の通路と、上下方向に走る多数の水素の通路が形成
され、この通路を通して各発電セルに空気と水素が供給
されるようになっている。

【００２４】そして、電池スタック３を後方向に通り抜
けた空気は、電池スタック３の後方側面から排出される
ようになっている。水素貯蔵装置６は、水素吸蔵合金を
充填した複数本（図示例では５本）の水素吸蔵合金タン
ク７を備えており、燃料電池本体２の後方側面に装着す
ることができるようになっている。

【００２５】水素吸蔵合金タンク７は、熱伝導性を有す
る金属板で形成された円筒形状の容器の中にミッシュメ
タルが充填され、満充填状態において３００リットル程度の
水素を吸蔵することができるものである。そして、水素
吸蔵合金タンク７は、燃料電池本体２から排出される高
温の排ガスの熱を効率よく受けることができるようにな
っている。

【００２６】また水素貯蔵装置６の装着時には、水素吸
蔵合金タンク７から放出される水素は、水素供給弁（不
図示）で調整されながら水素導入管８を通して上マニホ
ールド４に供給されるようになっている。なお、図２に
おいて、水素貯蔵装置６から燃料電池本体２に到る水素
導入管８の途中部分は隠れている。空気供給ファン９
は、燃料電池本体２に対して水素貯蔵装置６と反対側の
上方に設置されており、上述した吸気孔２１は、この空
気供給ファン９に近傍に開設されている。また、空気供
給ファン９の下方に仕切り板１０が設けられることによ
って、燃料電池本体２の側面と仕切り板１０との間に、
空気供給ファン９から燃料電池本体２に到る空気通路１
１が形成されている。

【００２７】空気供給ファン９によって、空気通路１１
を通って燃料電池本体２に空気が供給される。そして、
燃料電池本体２から排出される高温の排ガスは、水素貯
蔵装置６の周辺を経由して水素貯蔵装置６を加熱した
後、排気孔２２からケース１の外に排出される。このよ
うに水素貯蔵装置６が加熱されることによって、水素吸
蔵合金タンク７が水素を放出するのに伴って奪われる熱
量を補給し、燃料電池本体２での発電に必要な水素を安
定して供給することができるようになっている。

【００２８】起動用ヒータ１２は、空気通路１１内に設
置されており、燃料電池本体２が本運転の温度に上昇す
るまでの間、燃料電池本体２に供給される空気を加熱す
る。触媒燃焼器１３には白金等の触媒が充填されてお
り、起動用ヒータ１２下側の空気通路１１内に設置され
ている。燃料電池本体２における未反応水素は、下マニ
ホールド５から排ガス送出管１４を通って触媒燃焼器１
３に導かれ、空気供給ファン１５から供給される空気で
触媒燃焼される。そして、ポータブル燃料電池の外に未
反応水素が放出されないようになっている。

【００２９】図１及び図２において、矢印Ａはケース１
外から吸入された空気の流れを、矢印Ｂは燃料電池本体
２の発電に伴って生じる排ガスの流れを示している。空
気供給ファン９の駆動によって、吸気孔２１から取り込
まれた空気は、大部分が発電用として燃料電池本体２に
直接供給される一方、残余の空気は制御装置１７やＤＣ
−ＤＣコンバータ１６等の周辺を経由して、これら制御
装置１７やＤＣ−ＤＣコンバータ１６等を冷却した後、
燃料電池本体２に供給される。

【００３０】図３は、制御装置１７による制御や、電力
供給回路１８等による電力の供給の様子を示す模式図で
ある。図中、制御のための信号は破線矢印で示され、燃
料電池本体２からＤＣ−ＤＣコンバータ１６を経て電力
供給回路１８に到る電力５１，５２や、電力供給回路１
８から空気供給ファン９，制御装置１７及びコネクタ２
３に分配される電力５３，５４，５５は、太線矢印で示
されている。

【００３１】ＤＣ−ＤＣコンバータ１６は、燃料電池本
体２からの電力の電圧を所定電圧（例えば１２Ｖ）に変
換し、電力供給回路１８は、電力の一部を空気供給ファ
ン９，制御装置１７及び空気供給ファン１５（図３では
省略）の駆動用に分配し、残りの電力をコネクタ２３か
ら外部に出力する。制御装置１７は、詳しくは後述する
が、燃料電池本体２の運転期間中の発電電圧を、基準の
電流−電圧特性に基づいて定められる値に保つことがで
きるよう、空気供給ファン９の出力を制御することによ
り燃料電池本体２の温度を制御する。また、起動時にお
いては、起動用ヒータ１２を駆動し、燃料電池本体２が
本運転の温度まで達した時に起動用ヒータ１２を停止し
たりする。

【００３２】〔制御装置１７による運転期間中における
制御の説明〕図３に示されるように、制御装置１７に
は、燃料電池本体２の運転期間中の電圧を、基準の電流
−電圧特性に基づいて電流値と対応づけられる電圧値に
保つことができるよう、空気供給ファン９を制御するた
めに、設定温度算出部４１とファン電圧制御部４２が備
えられている。また、燃料電池本体２から出力される電
力５１の電流及び電圧を測定する電流センサ４３及び電
圧センサ４４が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６に取り付け
られ、燃料電池本体２の温度を測定する温度センサ４５
が、燃料電池本体２内の空気通路に対して設置されてい
る。

【００３３】設定温度算出部４１は、電流センサ４３か
らの電流信号と、電圧センサ４４からの電圧信号に基づ
いて、燃料電池本体２の電圧を運転期間中一定に維持す
るための設定温度を算出する。そして、ファン電圧制御
部４２は、ファン電圧制御信号を電力供給回路１８に送
って、空気供給ファン９への電力５３の電圧を制御する
ことにより、空気供給ファン９の出力を制御して、設定
温度算出部４１で算出された設定温度に一致させる。

【００３４】図４は、設定温度算出部４１による設定温
度算出の内容を示すフローチャートである。このフロー
チャートに従って、運転期間中の制御について説明す
る。電流センサ４３からの電流信号と電圧センサ４４か
らの電圧信号を取り込んで燃料電池本体２の電流及び電
圧を測定し（Ｓ１）、燃料電池本体２の基準の電流−電
圧特性に基づいて、電流測定値から燃料電池本体２の設
定電圧を算出する（Ｓ２）。

【００３５】図５には、作動圧力１ａｔａで１２０℃で
の燃料電池本体２の運転初期（ＢＯＵ）における電流−
電圧特性が曲線Ｘで示されているが、本実施例において
は、この曲線Ｘを基準の電流−電圧特性とする。このよ
うに基準の電流−電圧特性に基づいて設定電圧を算出す
ることにより、運転期間中における電流と設定電圧との
関係は、常に基準の電流−電圧特性（曲線Ｘ）に従って
維持されることになる。

【００３６】次に、ステップＳ１で測定した測定電圧と
ステップＳ２で算出された設定電圧とを比較し、燃料電
池本体２の電圧測定値が設定電圧と一致している間（Ｓ
３でＹｅｓの間）は、設定温度は変更せずにファン電圧
制御部４２に出力する（Ｓ７）。一方、電圧測定値が設
定電圧と異なる場合（Ｓ３でＮｏの場合）、電圧測定値
が設定電圧より大きいとき（Ｓ４でＹｅｓの場合）に
は、設定温度を微小値△Ｔだけ低く再設定し（Ｓ５）、
電圧測定値が設定電圧より小さいとき（Ｓ４でＮｏの場
合）には、設定温度を微小値△Ｔだけ高く設定する（Ｓ
６）。そして、再設定した設定温度をファン電圧制御部
４２に出力する（Ｓ７）。

【００３７】上記のステップＳ１〜Ｓ７が繰り返し実行
されることにより、ファン電圧制御部４２に設定温度が
繰り返し出力され、ファン電圧制御部４２では、この設
定温度を取り込んで、燃料電池本体２の温度を、取り込
んだ設定温度の値に一致させるよう、空気供給ファン９
の出力を制御する。なお、ファン電圧制御部４２による
空気供給ファン９の制御については、周知の温度制御の
技術を用いて行うことができるので詳細な説明は省略す
る。

【００３８】上記のような制御によって、運転期間中に
燃料電池本体２の電圧が設定電圧よりも下降（上昇）し
ようとすると設定温度が高く（低く）再設定され、電圧
を上昇（下降）させようとするので、燃料電池本体２の
電圧は、ステップＳ２で算出される設定電圧の値に保た
れ、基準の電流−電圧特性に従って維持される。なお、
上記フローチャートのサイクルの間隔及び微小値△Ｔの
値は、なめらかな制御を行うことができるように適値を
設定すればよいが、燃料電池本体２の運転期間中におけ
る電流−電圧特性の変化はおだやかなものであるので、
燃料電池の出力電力に変化がない期間は、サイクルの間
隔は長く設定してもよい。

【００３９】〔本実施例の運転期間中の制御による動作
及び効果の説明〕このように制御することによって、運
転初期においては、燃料電池本体２の電流−電圧特性
が、基準の電流−電圧特性と一致しているので、設定温
度は１２０℃に設定されるが、運転初期から終了時にか
けて、燃料電池本体２における電圧低下分を補うよう燃
料電池本体２の温度が徐々に上昇していく。この温度上
昇分は、次のように概算することができる。

【００４０】図５においては、作動圧力１ａｔａで１２
０℃で運転する場合の燃料電池本体２の運転初期（ＢＯ
Ｕ）における電流−電圧特性が曲線Ｘで示され、運転終
了時（ＥＯＵ）における電流−電圧特性が曲線Ｙで示さ
れている。また、図中の破線で示された曲線Ｚ1及び曲
線Ｚ2は、電力の値がＰ1（Ｗ）及びＰ2（Ｗ）となる電
流−電圧の関係を示すものである。

【００４１】本実施例では、燃料電池本体２の出力電力
はＰ1（Ｗ）に設定されているものとする。このとき、
基準の電流−電圧特性（曲線Ｘ）に従って、運転期間中
を通して燃料電池本体２の電流はＩ1（Ａ）に維持され
るので、水素供給量もそれに合わせて設定すればよい。
仮に運転期間中の電流をＩ1（Ａ）で一定とし、温度を
１２０℃に固定したまま運転した場合、ＥＯＵ時での発
電電圧はＶ2（Ｖ）（点Ａ2）となる。ここで、ＥＯＵ時
のＢＯＵ時からの電圧低下（Ｖ1−Ｖ2）の値を約１．８
Ｖとする。

【００４２】温度上昇に対する電圧の上昇率は、１セル
当り１．５ｍＶ／℃程度であるので、３０セルが積層さ
れた燃料電池本体２では、４５ｍＶ／℃程度の電圧上昇
率となり、本実施例による運転では、この約１．８Ｖの
電圧低下分を補うために、燃料電池本体２の温度を運転
終了時までに約４０℃（１．８÷０．０４５）上昇させ
て、運転期間中の燃料電池本体２の出力電圧をほぼ一定
の値に保つことになる。

【００４３】従って、運転初期においては、燃料電池本
体２の温度は１２０℃であるが、終了時には１６０℃程
度まで上昇することになる。なお、このように終了時の
温度が１６０℃程度に抑えられるよう条件を設定すれ
ば、燃料電池の材料（例えば燃料供給、排出マニホール
ド等）として耐熱性の樹脂を使用することも可能であ
る。

【００４４】また、本実施例の制御により、燃料電池が
外部に出力する電力５５もほぼ一定に維持される理由に
ついて説明する。燃料電池本体２の出力する電力５１は
一定に制御されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１
６の変換効率は、燃料電池本体２の電流がほぼ一定に保
たれているので、運転期間中の変換効率はほぼ一定に保
たれる。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６から電力供
給回路１８への電力５２は、ほぼ一定に保たれる。（Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ１６の変換効率をα％とすると、電
力供給回路１８に供給される電力５２は、（Ｐ1×α）
（Ｗ）となる。）また、電力供給回路１８からコネクタ２３を通して外部
に出力される電力５５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６か
ら電力供給回路１８に供給される電力５２から、空気供
給ファン９，制御装置１７及び空気供給ファン１５に分
配した残りの電力である。

【００４５】ここで、燃料電池本体２の電圧が一定であ
るので、燃料電池本体２の発熱量がほぼ一定であり、従
って、電力供給回路１８から空気供給ファン９に供給さ
れる電力５３もほぼ一定となる。また、制御装置１７及
び空気供給ファン１５に分配される電力は比較的小さい
ので、コネクタ２３を通して外部に出力される電力５５
もほぼ一定に保たれる。

【００４６】このように、本実施例の制御によって、燃
料電池本体２の出力する電力５１は一定Ｐ1（Ｗ）とな
り、燃料電池の出力する電力５５も一定に維持される。
なお、ここでは、電流を運転期間中一定に設定して運転
する例を示したが、電流を途中で切り替えて運転しても
実施可能であって、同様に燃料電池本体２の温度が上昇
することによって運転期間中の燃料電池本体２の電圧
は、基準の電流−電圧特性に基づくよう制御される。

【００４７】（比較例）一方、上記実施例と同じ燃料電
池を用いて、燃料電池本体２を従来のように一定の設定
温度（１２０℃）で運転する場合は、次のように電流を
制御することになる。即ち運転初期（点Ａ1）において
は、同様に電流はＩ1（Ａ）、発電電圧はＶ1（Ｖ）で、
出力電力はＰ1（Ｗ）であるが、運転終了時において、
この出力電力値Ｐ1（Ｗ）を維持するために、曲線Ｙと
曲線Ｚ1との交点である点Ａ3で表される約Ｉ2（Ａ）ま
で電流を増加させるよう制御する。

【００４８】また更に、運転初期から運転終了時にいた
る間における燃料電池の効率低下分（即ち空気供給ファ
ン１５の電力消費増加分やＤＣ−ＤＣコンバータ１６の
変換効率低下分等）が（Ｐ2−Ｐ1）（Ｗ）程度と見なさ
れれば、運転終了時において燃料電池本体２の出力電力
値をＰ2（Ｗ）程度に上げて、曲線Ｙと曲線Ｚ2との交点
である点Ａ4で示されるＩ3（Ａ）程度まで電流を増加さ
せるよう制御することになる。

【００４９】なお、上記実施例においては、燃料電池本
体２の基準の電流−電圧特性に基づいて、電流測定値か
ら燃料電池本体２の設定電圧を算出するステップＳ２
が、設定温度算出のフローのサイクル毎に繰り返し行わ
れるようになっているが、燃料電池本体２の電流が一定
にコントロールされている場合は、設定電圧も一定に保
たれるので、ステップＳ１の電流測定とステップＳ２の
繰り返しは省略してもよい。

【００５０】また、上記実施例においては、ポータブル
燃料電池の例を示したが、本発明はポータブル燃料電池
に限らず、一般的に、電池本体を冷却する手段を備えた
燃料電池において同様に実施することができる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１及び請求項３の発明によれば、
燃料電池の運転期間中、電流を増加させるよう制御をし
なくても、電池本体の出力電力をほぼ一定に維持するこ
とが可能である。また、請求項２の発明によれば、電流
を増加させるよう制御をしなくても、運転期間中の電池
本体の出力電力及び外部への出力電力をほぼ一定に保つ
ことが可能となる。

【００５２】従って、電池本体からの電力を利用して冷
却用のファンを駆動させるポータブル燃料電池におい
て、運転期間中、電流を増加させるよう制御をしなくて
も、出力をほぼ一定に維持することが可能である。この
ように、本発明により、ＢＯＵとＥＯＵの設計を区別す
る必要のない燃料電池及び燃料電池の運転方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るポータブル燃料電池の
斜視図である。

【図２】図１に示すポータブル燃料電池のＸ−Ｘ線断面
図である。

【図３】図１に示すポータブル燃料電池の制御装置によ
る制御や、電力供給回路等による電力の供給の様子を示
す模式図である。

【図４】図３に示す設定温度算出部による設定温度算出
の内容を示すフローチャートである。

【図５】燃料電池本体２の運転初期における電流−電圧
特性と、運転終了時における電流−電圧特性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

２燃料電池本体６水素吸蔵装置９空気供給ファン１６ＤＣ−ＤＣコンバータ１７制御装置１８電力供給回路４１設定温度算出部４２ファン電圧制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素供給源から水素の供給を受けて発電
を行う電池本体と、電池本体を冷却する冷却手段と、電池本体の運転期間中の発電電圧を検出する発電電圧検
出手段と、検出された発電電圧が、電池本体の基準の電流−電圧特
性に基づいて電流値と対応づけられる電圧値を保つこと
ができるよう、電池本体の設定温度を算出する設定温度
算出手段と、電池本体の温度が前記設定温度算出手段で算出された設
定温度と一致するよう冷却手段の出力を制御する冷却出
力制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】前記冷却手段は、電力の供給を受けて電
池本体を冷却するものであって、前記燃料電池は、電池本体が出力する電力の一部を冷却
手段に分配すると共に外部に電力を出力する電力供給回
路を備え、冷却出力制御手段は、電力供給回路が冷却手段に分配す
る電力を制御することによって冷却手段の出力を制御す
るものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電
池。
【請求項３】水素供給源から水素の供給を受けて発電
を行う電池本体と、電池本体を冷却する冷却手段とを備える燃料電池の運転
方法であって、電池本体の運転期間中の発電電圧を検出する発電電圧検
出ステップと、検出された発電電圧を、電池本体の基準の電流−電圧特
性に基づいて電流値と対応づけられる電圧値に保つこと
ができるよう、電池本体の設定温度を算出する設定温度
算出ステップと、電池本体の温度が前記設定温度算出ステップで算出され
た設定温度と一致するよう冷却手段の出力を制御する冷
却出力制御ステップとを備えることを特徴とする燃料電
池の運転方法。